选题背景：面部肿瘤和事故导致的颅颌面缺损的病人常常面临着身心上的痛苦，随着社会经济发展和人们生活质量提高，颅颌面缺损修补的需求正在逐渐增长。传统的自体骨移植虽然依旧是骨移植的金标准，但是存在对病人的二次损伤且不能应用于大面积骨缺损的病人的缺点。3-D打印技术近年来快速发展，被广泛的研究和应用于各行各业当中；越来越多生物材料的出现，给骨的替代物提供了更多的选择。在骨缺损的修复领域，已经出现生物材料的3-D打印支架，不仅有良好的生物相容性，更能满足个性化修补的需求。
意义：本研究着眼于临床上下颌骨缺损的修补问题，通过构建仿生骨的植入体并对其进行生物力学分析，得到不同结构和材料的植入体的力学特性及其对下颌骨的影响。本研究根据临床需求设计仿生支架，对3-D打印支架对骨组织的影响进行深入研究，为临床医学上骨缺损的修补和治疗提供更加科学的理论和方法。
- 选题背景和意义：
- 课题关键问题及难点：
关键问题：1.构建仿生骨支架。根据人体下颌骨的解剖学特点，质密的皮质骨用实体材料仿生，疏松多孔的松质骨选择合适的多孔结构仿生。2.研究不同支架材料的生物力学效应。针对临床上使用广泛的钛合金和PEEK支架，改变支架的材料属性对照其产生的力学效应。3. 研究对称和非对称肌肉的生物力学效应。针对下颌骨部分切除手术前期和后期咬合肌肉不同的状态，研究其对下颌骨重建的影响。
难点：1.确定对称和非对称肌肉牵引条件下确定肌肉施加载荷的数量、位置和大小。2.选择合适的仿生结构单元结构，既能达到仿生骨的效果，又尽可能减少生物力学分析的计算量和难度。
- 文献综述（或调研报告）：
骨移植手术是世界上仅次于输血的第二大组织移植手术，目前主要骨移植方式有自体移植、同种异体移植和异种移植。自体移植作为骨移植的“金标准”，具有骨诱导性好、可降解和适应性好的优点。然而由于骨源的限制，自体移植难以用于修补大面积的骨缺损，如因颅颌面肿瘤切除或事故而导致的下颌骨大面积缺损。异体或异种植入同自体植入相比存在排异反应和成骨效果不佳的风险。
随着3-D打印技术发展，3-D打印支架的结构更加精密，在支撑性、生物相容性、骨诱导性等方面能够满足临床的需求。而近年来越来越多生物材料出现，为3-D打印材料提供了更多的选择。
钛和钛合金相比其他金属材料具有生物相容性好、耐腐蚀性好、弹性模量相对较低的优点，已成为骨移植手术的首选材料。3-D打印技术可以个性化定制钛合金支架的结构，如多孔钛合金具有良好的骨长入能力。聚合物材料由于和骨相近的机械特性，近年来得到了越来越广泛的研究，如PEEK（聚醚醚酮）拥有良好的生物相容性和人体更加接近的密度、弹性模量，成为钛合金支架的替代品。此外，生物活性陶瓷、生物活性玻璃以及其他混合材料正在得到越来越广泛的研究和应用。
有限元分析是一种有效、准确、无创的方法，可以模拟复杂的解剖结构，计算每个组织结构的内应力和应变分布。多孔结构作为仿生3-D打印支架常用的结构，不仅能够降低植入体的弹性模量和密度，使植入体和自体骨的力学特性相匹配；还能诱导骨组织生长，交换细胞代谢物质。3-D打印多孔基本结构分为均匀多孔结构、类骨小梁结构和功能梯度结构。在有限元分析软件中对仿生骨植入体进行静力学分析可以得到其力学特性，为临床植入体模型的选择提供参考依据。近年来，新型结构的钛网支架被提出用于修补下颌骨的大面积缺损，但是由于金属暴露的潜在风险和应力遮蔽现象，其长期的稳定性不能得到保证。目前已有研究人员使用生物力学分析软件研究支架的生物力学行为和机械生物学特性，并根据结果优化支架的结构，为下颌骨的重建提供更好的生物力学环境。
- 进度安排：
3月初-4月初：设计仿生植入体模型。
4月初-4月中旬：在Abaqus中对支架模型进行初步的力学分析，如有必要适当修改模型。
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